Современная металлургическая промышленность производит почти все известные металлы

1 - коллекторы для подачи воздуха, обдувающего реторту; 2 - косынки для под­вески печи; 3 - охлаждаемые водой фланцы реторты и крышки; 4 - футеровка пе­чи; 5 - штуцер для присоединения к вакуумной системе и линии подачи аргона; б - патрубок для заливки жидкого магния; 7 - узел подачи Т1С1₄; 8 - крышка реторты; 9 - реторта; 10 - термопара для замера температуры стенок и крышки реторты; 11 - нагреватели; 12 - крепление запора сливного устройства; 13 -песочный затвор; 14 - шток запорной иглы сливного устройства; 15 - ложное днище


На первый взгляд представляется, что восстановление при избытке магния в аппарате может протекать беспрепят­ственно, так как при температурах процесса (800-900 С) фазы должны расслаиваться по плотности: верхний слой -жидкий магний (плотность 1,47 г/см³), ниже - МgС1₂ (плот­ность 1,67 г/см³) и на дне аппарата - более тяжелые час­тицы - сростки титановой губки (плотность 4,5 г/см³). При этом зеркало жидкого магния в течение всего этого периода восстановления было бы открыто для реагирование с ТiC1₄.
Действительный механизм восстановления и формирования блока титановой губки в промышленном реакторе сложнее. Исследования температурного поля реактора показали, что в первый период восстановления (до израсходования примерно 40 % магния) в центре реактора температура достигает 1100-1350 °С. При таких температурах магний интенсивно испаряется и взаимодействие его с ТiС1₄ протекает преиму­щественно в паровой фазе. Образующийся ТiС1₂ (вместе с МgС1₂) конденсируется на поверхности расплава и восстана­вливается до металла, частицы которого опускаются на дно реактора, где спекаются, образуя пористую массу (губку). Дихлорид титана и МgС1₂ конденсируются также на охлажда­емых стенках реактора, откуда стекают на поверхность рас­плава.
Часть губки наращивается на стенках реактора над расп­лавом (гарниссаж). Гарниссажная часть губки растет за счет капиллярного поднятия магния по порам и восстановле­ния сконденсировавшихся низших хлоридов титана.
В ходе восстановления в реакторе накапливается жидкий МgС1₂ (на 1 л израсходованного магния образуется 3,68 л МgС1₂). Уровень шлака постепенно поднимается и становится выше уровня губки, что резко замедляет процесс. С целью обнажения поверхности губки и более полного использования рабочего объема реактора хлористый магний периодически выпускают через донный слив (см. рис. 52).
По мере накопления в реакторе губки восстановление протекает в основном благодаря капиллярному поднятию маг­ния по порам губки к ее поверхности, причем наиболее быс­тро губка растет в центральной части, так как в центре более высокая концентрация ТiС1₄ и выше температура.
В завершающий период (после использования 50-60 % маг­ния) большая часть магния находится в порах губки, труд­нодоступных для контакта с хлоридами титана. Процесс за­медляется, поэтому подачу ТiС1₄ прекращают, реактор вы­держивают при 900 С (нагрев печью для завершения восста­новления низших хлоридов).
В процессе восстановления сливают 75-80 % общего коли­чества образовавшегося МgС1₂, который направляют на эле­ктролиз.
В промышленной практике восстановление ведут в реакто­рах (ретортах) из жаростойкой стали 12Х18Н9Т, рассчитан­ных на получение за один цикл от 2,0 до 4,7 т титановой губки. Диаметр реторт варьируют от 1 до 2 м, высоту - от 2 до Зм. Крышка реактора заглублена в реторту (на ~300 мм), что исключает образование в верхней части холо­дной зоны, где могут конденсироваться низшие хлориды. В процессе восстановления контролируют и регулируют темпе­ратуру стенок реактора, расход тетрахлорида титана и дав­ление в аппарате. Автоматическая система по сигналам дат­чиков температуры связывает расход ТiС1₄ и подачу охлаж­дающего воздуха от вентиляционной установки в нужные зоны печи.
По окончании процесса реактор извлекают из печи и ох­лаждают до 25-40 С водой на специальном стенде.
Вакуумная сепарация, выборка и обработка губки. Продукт восстановления - реакционная масса, содержит 55-69% Тi, 25-35% Мg, 9-12% МgС1₂.
Для отделения магния и МgС1₂ от титановой губки приме­няют вакуумную дистилляцию, которая основана на высоком давлении пара магния и МgС1₂ при 850-950 С:




При длительном нагревании титановой губки в вакууме хлористый магний и магний испаряются и осаждаются на по­верхности охлаждаемого водой конденсатора.
На заводах дистилляцию осуществляют в реторте восстановления без выгрузки реакционной массы, причем в качестве конденсатора используют оборотную рето­рту, т.е. пустой очищенный от губки реактор восстановле­ния (рис. 53). После окончания сепарации реторту-кон­денсатор отделяют и применяют в качестве реактора в сле­дующем цикле восстановления. В варианте, приведенном на рис. 53, перед монтажом оборотной реторты на центральный патрубок восстановительного реактора быстро устанавливают действием атмосферного давления кожух печи делают герме­тичным и в нем поддерживают "контрвакуум" около 1,3 -2кПа. Внутри реторты к концу процесса дистилляции под­держивают остаточное давление порядка 0,013 Па системой, состоящей из ротационных и паромасляных бустерных насосов (типа БН-2000).
Общая продолжительность сепарации достигает 50-60 ч для аппарата с цикловой нагрузкой 2 т губки, расход элек­троэнергии на этой операции равен 6000-8000 кВт • ч/т титана.
На рис. 54 показана примерная установка аппаратов вос­становления и вакуумной сепарации в производственном помещении.
После окончания дистилляции аппарат заполняют аргоном, охлаждают, и реактор с губкой поступает в отделение пере­работки губки. Губку, припекшуюся к стенкам реактора, от­деляют пневматическими зубилами, после чего извлекают блок. Эта операция трудоемкая. В последнее время разрабо­тан более совершенный процесс выдавления блока на прес­се. Гарниссажную и кричную (основную) части блока губки комплектуют в товарные партии отдельно в связи с несколь­ко более высоким содержанием в первой примесей. Блок раз­давливают под прессом на крупные куски, затем проводят среднее дробление на зубчатой и мелкое на дисковой дро­билках. Измельченную губку разделяют на товарные фракции по крупности (например, 12-70 мм, 5-12 мм). После визу­альной отбраковки на транспортной ленте их объединяют в партии.
Качество титановой трубки первого сорта ТГ-100 оте­чественного производства характеризуется следующим макси­мально допустимым содержанием примесей, %: С1 0,08; Fе 0,07; Н 0,02; С 0,03; Si 0,04; О 0,04; твердость по Бринеллю переплавленного образца ‹1000 МПа.

Рис.53. Установка вакуумной сепарации губки с оборотной ретортой и магниевой

заглушкой;
1 - патрубок для присоединения к вакуумной системе; 2 - ороситель; 3 - верх­няя (поворотная) реторта-конденсатор; 4 - конденсат; 5 - водосборник; 6 -уплотнитель; 7 - теплоизолирующий пояс; 8 - соединительная труба; 9 - магни­евая заглушка; 10 - электропечь; 11 - нижняя реторта; 12 - заглушка - при­варной стакан; 13 - вакуум-провод; 14 - экраны; 15,16 - крышки реторт; 17 -реакционная масса